Kunststoff gegen Guss

In enger Zusammenarbeit mit Audi entstand das multifunktionale Kunststoffmodul, das im V-Raum des V6-Motorblocks unterhalb der Sauganlage montiert wird. Das hochintegrierte Bauteil kombiniert in einem kleinen Bauvolumen Kurbelgehäuseabdeckung, Freiformkanäle zur Kühlmittelverteilung, verkleinertes Kurbelgehäusedruckregelventil, Be- und Entlüftungssystem sowie Feinölabscheidung mit Multizyklon und Druckbegrenzungsventil. Für den Einsatz mit glykolhaltigen Stoffen und Motoröl bei Temperaturspitzen bis 160 Grad Ceslius mussten entsprechende Kunststoffmaterialien modifiziert werden. Medienbeständigkeit und Druckfestigkeit ergänzen das Anforderungsprofil.

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Die Kurbelgehäuseabdeckung mit integrierten Kanälen zur Kühlmittelverteilung wird durch den Einsatz einer neuen 3D-Technologie werkzeugfallend mit großen Querschnitten, glatten Innenwänden und kurzen Fertigungszeiten hergestellt. Mit dieser „Grundplatte“ werden die Komponenten des Entlüftungssystems druckdicht verbunden. Das Entlüftungsgas wird aus den beiden Zylinderkopfhauben entnommen und nach der Reinigung von Ölnebel im Multizyklon mit Druckbegrenzungsventil, über das einfriersichere Druckregelventil wieder der Verbrennung zugeführt. Die in der vorherigen Konstruktion erforderlichen Verbindungsleitungen, Kupplungsstücke, Dichtungen und Befestigungselemente entfallen.

Kunststofftechnisches Herzstück des Systems ist ein stark umgelenkter, asymmetrischer Y-Kanal als Medienleitung aus Polyamid (PA), integriert in einem Ölnebelabscheider-Multifunktionsmodul. Produziert wird das Bauteil vom Zulieferer Hengst in einem kombinierten GIT-WIT-Spritzgießverfahren (Gasinjektionstechnik und Wasserinjektionstechnik) mit vorgelagertem kompressiblem Medium zwischen Schmelz- und Wasserfließfront, unter der Bezeichnung CIT (Combinated Injection Technology) von PME Fluidtec.

Material der Deckelkomponente des V-Raummoduls ist ein modifiziertes PA66 GF30. Der Y-Kanal hat einen mittleren Innendurchmesser von etwa 25 Millimeter. Toleranzen im Zehntelmillimeterbereich sind reproduzierbar zu realisieren. Zur Kanalbildung wird WIT mit vorgelagerter Blase eines kompressiblen Mediums zwischen der Schmelze- und der Wasserfließfront eingesetzt. Die Hohlraumbildung geschieht durch kontrolliertes Verdrängen der Materialschmelze. Die komplexe Geometrie des Y-Kanal ergab diese Verfahrenskombination für eine wirtschaftliche Prozesslösung. Herausforderungen sind das Sicherstellen kurzer Zykluszeiten bei optimaler Wanddickenverteilung, das Verhindern einer Innenwanddoppelbildung und ein sehr verzugsarmes Bauteil mit hoher Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit.

Spezielle Regelung und BDE

Das CIT-Verfahren erfordert impulsgenaue Injektionstechniken für den asymmetrischen Y-Kanal. Hengst setzt auf die prozessstabile Injektorentechnik und druckabhängige Volumenstromregelung von PME Fluidtec für einen zuverlässigen, reproduzierbaren Prozess mit geringen Ausschussraten. Das WIT-Modul arbeitet mit zwei servoangetriebenen Hochleistungspumpen, einem Prozesswassertank mit integrierter Filtertechnik, druckunabhängiger Volumenstromregelung, Abwassertank mit integriertem Filtersystem, achtfach Hydraulikaggregat mit getrennter Druck- und Geschwindigkeitseinstellung und einer SPS mit einem eigenentwickelten Betriebssystem für die Visualisierung. Alle Einstellungen werden über einen Touchscreen vorgenommen.

Eine bessere Transparenz des Prozesses erlaubt die Betriebsdatenerfassung (BDE). Sie erfasst Prozessdaten wie Drücke und Volumina an Stufenwechseln sowie Endschaltersignale von mechanischen Funktionen wie Schiebern, Absperrungen, Heißkanal-Verschlussnadeln und Injektoren, damit der Prozess optimal überwacht werden kann. Durch Festlegen sinnvoller Grenzwerte und nach weitergehender Analyse des Prozesses ist geplant, den Ausschuss künftig automatisch zu separieren und/oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen außerhalb der Toleranz die Maschine anzuhalten. Die Werte werden in Balkendiagrammen aufgezeichnet, und in „Ampelfarben“ markiert. Jedes Teil erhält im Archiv der BDE eine automatisch vergebene Kennung. Neben der Gutteile-/Schlechtteil-Erkennung ist die BDE ein fast unverzichtbares Werkzeug geworden, um über einen längeren Zeitraum prozessrelevante Daten aufzuzeichnen, auszuwerten und sukzessive den Prozess zu optimieren und zu dokumentieren.

Das Unternehmen Hengst entwickelt und produziert seit Gründung im Jahre 1958 Filtersysteme und Motorenkomponenten. Neben dem Stammsitz in Deutschland gehören zum Unternehmen eigenständige Gesellschaften in Brasilien, China und den USA, die an acht Standorten produzierten. Das Unternehmen erzielte im Jahr 2009 mit rund 2000 Mitarbeitern 210 Mio. Euro Umsatz.

Projektpartner

Das Kerngeschäft der PME Fluidtec ist die Entwicklung und Herstellung von Komponenten und Anlagen für das fluidunterstützte Spritzgießen mit Innendrucktechnik als Wasser- und Gasinjektionstechnik sowie für kombinierte Lösungen, bei der in einem Werkzeug beide Prozesse ablaufen. Ein neues Feld ist die Projektilinjektionstechnologie (PIT) zur optimalen Hohlraumausbildung mit geringen Wanddicken, beispielsweise bei Medienleitungen. Zusätzlich bietet das Unternehmen die Möglichkeit der Kleinserienfertigung und Abmusterungen bis zur Serienreife an.